ES2256244T3 - Procedimiento de operacion de una planta de combustion y una planta de combustion. - Google Patents
Procedimiento de operacion de una planta de combustion y una planta de combustion.Info
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Abstract
Un procedimiento de operación de una planta de combustión que comprende al menos una primera turbina (26) de gas, una segunda turbina (34, 50) y un dispositivo (16) reactor de membrana, que comprende un dispositivo (18) filtro de membrana para separar oxígeno de una mezcla de gas, y un espacio (19) de combustión para la combustión de un combustible, procedimiento que comprende: que una mezcla de gas que contiene oxígeno se suministra al dispositivo (16) reactor de membrana y aquí experimenta una separación en el dispositivo (18) filtro de membrana, tal que al menos algo de oxígeno se separa de la mezcla de gas de tal forma que se obtiene un gas desprovisto de oxígeno, que al menos una parte del mencionado oxígeno que se ha separado de la mezcla de gas se usa en la mencionada combustión en el espacio (19) de combustión, que la mencionada mezcla de gas se calienta con la ayuda de calor generado por medio de la mencionada combustión en el espacio (19) de combustión, que al menos una parte delmencionado gas calentado desprovisto de oxígeno que no ha experimentado un proceso de combustión, se usa para hacer funcionar la mencionada primera turbina (26) de gas, y que al menos una parte de los gases de combustión que emanan de la mencionada combustión, se usan para hacer funcionar la mencionada segunda turbina (34, 50).
Description
Procedimiento de operación de una planta de
combustión y una planta de combustión.
La presente invención se refiere a un
procedimiento de operación de una planta, que comprende al menos una
primera turbina de gas, una segunda turbina y un dispositivo
reactor de membrana que comprende un dispositivo filtro de membrana
para separar oxígeno de una mezcla de gas, y un espacio de
combustión para la combustión de un combustible. La invención
también se refiere a una planta de combustión.
Existen diferentes requisitos y deseos de reducir
las emisiones no deseadas desde las plantas de combustión. Por ello
es deseable, entre otros, reducir la emisión de óxidos de nitrógeno
tanto como sea posible. También existe el deseo de reducir la
emisión de dióxido de carbono que se produce en la combustión. Se
puede recuperar dióxido de carbono de un gas de combustión, pero
como la concentración de dióxido de carbono normalmente es baja, y
como el gas contiene otras substancias, tales como oxígeno y
nitrógeno, es relativamente complicado recuperar el dióxido de
carbono.
Una posibilidad de simplificar la forma de
recuperar dióxido de carbono es que la combustión tenga lugar en
otro medio diferente al aire, medio desde el cual sea más fácil
recuperar el dióxido de carbono. Si no se usa aire como el medio de
combustión, entonces se ha de añadir oxígeno a la combustión. Sin
embargo, es relativamente caro producir oxígeno en una cantidad
suficiente. Una posibilidad de producir oxígeno es usar un
dispositivo adecuado filtro de membrana que esté dispuesto para
separar oxígeno de una mezcla de gas, mezcla de gas que normalmente
consta de aire. Dichos dispositivos filtro de membrana a menudo se
denominan "membrana de electrolito sólido (SEM)".
Tales dispositivos filtro de membrana se
describen, por ejemplo en el documento en el documento
US-A-5 118 395. Este documento
describe dos tipos de tales SEM. El primer tipo de SEM comprende una
membrana que está dispuesta entre dos electrodos a los que se puede
conectar una fuente de tensión para aplicar una tensión a la
membrana. El segundo tipo de SEM se denomina "membrana mixta de
conducción (MCM)". Este tipo de dispositivo filtro de membrana
comprende un material MCM y funciona sin aplicar una tensión
externa. Un filtro de membrana como éste funciona ya que la presión
parcial de oxígeno es inferior en aquel lado del filtro al cual se
transfiere oxígeno. Los iones oxígeno se conducen aquí en un primer
sentido a través de la membrana, y electrodos se conducen de nuevo
a través de la membrana en el sentido opuesto. El documento describe
el uso de tales dispositivos filtro de membrana en el lado de
salida de gases de una turbina de gas para recuperar oxígeno de la
salida de gases procedentes de la turbina. En este contexto se debe
mencionar un tercer tipo de membrana, es decir, una membrana de una
material célula energética. Una membrana como ésta conduce iones
oxígeno en un primer sentido mientras electrones se conducen hacia
atrás vía pública circuito conductor externo.
Además, el documento
EP-A-658 367 describe diferentes
tipos de SEM. Este documento describe diferentes plantas de
combustión con un dispositivo filtro de membrana desde el cual se
extrae gas oxígeno. El gas desprovisto de oxígeno que se obtiene a
partir de dispositivo filtro de membrana se conduce a uno o más
dispositivos de combustión, y gases de combustión procedentes de
los dispositivos de combustión se usan para hacer funcionar una
turbina de gas.
La solicitud de patente noruega
NO-A-972631, que se ha hecho
pública, describe el uso de MCM en procesos de combustión. De
acuerdo con los procesos descritos, se conduce aire comprimido a un
reactor MSM El reactor MSM comprende un dispositivo filtro de
membrana que separa oxígeno del aire. El aire calentado del que se
ha separado oxígeno, se lleva lejos vía un intercambiador de calor.
El oxígeno separado se usa en la combustión, y gases de combustión
se conducen hasta una turbina de gas para hacer funcionar la misma.
Los gases de combustión constan, principalmente, de vapor de agua y
dióxido de carbono. El vapor de agua se puede condensar, lo que
permite separar el dióxido de carbono y hacerse cargo del mismo.
Como esencialmente el nitrógeno no interviene en el proceso de
combustión, se evita la emisión de óxidos de nitrógeno
indeseados.
La solicitud de patente noruega
NO-A-972632, que se ha pública,
describe procesos similares allí donde se usa MSM. Esta solicitud
describe que aire comprimido experimenta una combustión y se conduce
hasta un reactor MCM. El aire obtenido por combustión, que ha
pasado a través del reactor MCM, se lleva lejos vía una turbina de
gas. Como este aire ha experimentado una combustión, comprende
dióxido de carbono y ciertos óxidos de nitrógeno. El oxígeno que se
ha separado de la mezcla de aire en el reactor MCM, se usa en un
proceso de combustión para, posteriormente, hacer funcionar una
turbina de gas.
El propósito de la presente invención es
conseguir un procedimiento mejorado para operar una planta de
combustión del tipo que comprende al menos una primera turbina de
gas, una segunda turbina y un dispositivo reactor de membrana que
comprende un dispositivo filtro de membrana para separar oxígeno de
una mezcla de gas, y un espacio de combustión para la combustión de
un combustible. Un propósito es, por lo tanto, conseguir un
procedimiento con un alto rendimiento al tiempo que se pueden
evitar emisiones indeseadas de productos de combustión. Otro
propósito es conseguir un procedimiento como éste por medios
relativamente sencillos. Aún otro propósito de la invención es
conseguir una planta de combustión para llevar a cabo el
procedimiento de acuerdo con la invención. Ventajas adicionales a la
invención se aclararán a partir de la descripción de lo que
sigue.
El propósito de la invención se consigue por el
procedimiento mencionado inicialmente, procedimiento que
comprende:
que una mezcla de gas que contiene oxígeno se
suministra al dispositivo reactor de membrana y aquí experimenta
una separación en el dispositivo filtro de membrana, tal que al
menos algo de oxígeno se separa de la mezcla de gas de tal forma que
se obtiene un gas desprovisto de oxígeno,
que al menos una parte del mencionado oxígeno que
se ha separado de la mezcla de gas se usa en la mencionada
combustión en el espacio de combustión,
que la mencionada mezcla de gas se calienta con
la ayuda de calor generado por medio de la mencionada combustión en
el espacio de combustión,
que al menos una parte del mencionado gas
calentado desprovisto de oxígeno que no ha experimentado un proceso
de combustión, se usa para hacer funcionar la mencionada primera
turbina de gas, y
que al menos una parte de los gases de combustión
que emanan de la mencionada combustión, se usan para hacer funcionar
la mencionada segunda turbina.
La mencionada mezcla de gas calentado desprovisto
de oxígeno que se suministra a la primera turbina de gas ha sido,
pues, calentada sin intervenir en el actual proceso de combustión.
Como este gas calentado desprovisto de oxígeno se usa para hacer
funcionar una turbina de gas, la energía en este gas calentado se
usa de una forma eficaz, y como el gas que hace funcionar la
primera turbina de gas no ha experimentado una combustión, este gas
no comprende ninguna cantidad esencial de óxidos de nitrógeno o de
dióxido de carbono indeseados. La energía en el gas calentado
desprovisto de oxígeno se usa, pues, de una forma eficaz sin
ocasionar emisiones indeseadas. Al mismo tiempo, por supuesto, se
usa la energía en los mencionados gases de combustión, pues estos
gases se conducen a otra turbina para hacer funcionar la misma. Con
el procedimiento de acuerdo con la invención, se puede obtener de
este modo un alto rendimiento al mismo tiempo que se evitan
emisiones indeseadas.
A diferencia del procedimiento en el documento
NO-972631 mencionado en lo que antecede, la mezcla
de gas calentado desprovisto de oxígeno se usa para hacer funcionar
una turbina de gas, que se ha visto lleva a un alto rendimiento del
procedimiento de acuerdo con la presente invención. A diferencia del
procedimiento de acuerdo con el documento NO-972632
mencionado en lo que antecede, de acuerdo con la presente invención,
se usa gas que no ha experimentado una combustión para hacer
funcionar la primera turbina de gas. Esto significa que se evitan
emisiones indeseadas de óxidos de nitrógeno y de dióxido de
carbono.
En este contexto se puede destacar lo siguiente.
El dispositivo reactor de membrana puede constituir una unidad allí
donde tanto el dispositivo filtro de membrana como el espacio de
combustión, estén dispuestos dentro de una y de la misma carcasa.
Sin embargo, también es posible que el dispositivo filtro de
membrana esté dispuesto por separado y a una distancia respecto del
espacio de combustión. El dispositivo reactor de membrana comprende
en este caso, por lo tanto, dos unidades separadas que, sin embargo,
están conectadas entre sí de tal forma que se puede usar calor
procedente de la combustión en el espacio de combustión para
calentar la mezcla de gas que se conduce hasta el dispositivo
filtro de membrana. También se debe destacar que por "gas
desprovisto de oxígeno", únicamente en este contexto, se
entiende que este gas contiene menos oxígeno que la mezcla de gas
antes de haber separado oxígeno de la mezcla de gas. El gas
desprovisto de oxígeno puede, de este modo, aun contener una
cantidad de oxígeno mayor o menor.
De acuerdo con una forma ventajosa adicional de
realizar el procedimiento, la mencionada mezcla de gas que se
suministra al dispositivo reactor de membrana consta de aire. El
procedimiento está realizado muy sencillo pues se usa aire para la
mencionada mezcla de gas. Esto significa que, además, una turbina de
gas convencional, que se optimiza para que funcione mediante aire,
se puede usar como la mencionada primera turbina de gas.
De acuerdo con una forma ventajosa adicional de
realizar el procedimiento, el gas que abandona la mencionada
primera turbina de gas se usa para calentar en un intercambiador de
calor. Por lo tanto, se usa el calor que sale del gas que abandona
la primera turbina de gas.
De acuerdo con otra forma ventajosa de realizar
el procedimiento, el mencionado intercambiador de calor se usa para
evaporar un medio que hace funcionar una turbina de vapor. Por ello,
la energía que sale del gas que se conduce al intercambiador de
calor se puede usar de una forma eficaz.
De acuerdo con una forma ventajosa adicional de
realizar el procedimiento, además el gas que deja la segunda
turbina se usa para calentar en el mencionado intercambiador de
calor. De este modo se consigue un uso eficaz del calor que sale del
gas de la segunda turbina.
De acuerdo con una forma ventajosa adicional de
realizar el procedimiento, el mencionado gas que abandona la
segunda turbina comprende al menos las substancias CO_{2} y
H_{2}O, en la que, tras pasar a través del mencionado
intercambiador de calor, al menos algo de H_{2}O se conduce hacia
atrás hasta el dispositivo reactor de membrana. Se puede conducir,
pues, agua hacia atrás hasta el dispositivo reactor de membrana, por
ejemplo, con el fin de contribuir a evitar la formación de coque en
las superficies de la membrana.
De acuerdo con una forma ventajosa adicional de
realizar el procedimiento, el mencionado gas que deja la segunda
turbina comprende al menos las substancias CO_{2} y H_{2}O, en
la que, tras pasar a través del mencionado intercambiador de calor,
se hace cargo completamente o parcialmente del CO_{2} para usarse
o para almacenarse. De este modo se evita la emisión de dióxido de
carbono al medio ambiente.
De acuerdo con otra forma ventajosa de realizar
el procedimiento, la mencionada segunda turbina constituye la
mencionada turbina de vapor, en la cual la turbina de vapor se
alimenta con un medio turbina que se conduce en un miembro conducto
y se calienta en el mencionado intercambiador de calor, y en el cual
al menos una parte de los mencionados gases de combustión
procedentes de la combustión en el dispositivo reactor de membrana
se conducen al mencionado miembro conducto para ser suministrados a
la mencionada turbina de vapor. De acuerdo con esta forma, no hay,
por lo tanto, necesidad de una segunda turbina de gas. La energía en
los gases de combustión aún se usa puesto que se usan para hacer
funcionar la mencionada turbina de vapor. Esta forma lleva a una
reducción de costes. Por supuesto es posible que gases de combustión
se conduzcan tanto hasta una turbina de gas como hasta una turbina
de vapor.
De acuerdo con una forma ventajosa adicional de
realizar el procedimiento, los mencionados gases de combustión que
se conducen hasta el mencionado miembro conducto comprenden al menos
las substancias CO_{2} y H_{2}O, en el que, tras pasar a través
de la mencionada turbina de vapor, al menos algo de CO_{2} se
drena del miembro conducto para uso o almacenamiento. Como se
suministra dióxido de carbono a la turbina de vapor, se debe hacer
cargo de este dióxido de carbono. Mediante esta forma, se evita que
el dióxido de carbono se descargue al medio ambiente.
De acuerdo con una forma ventajosa adicional de
realizar el procedimiento, tras pasar a través de la mencionada
turbina de gas, al menos algo de H_{2}O se drena del miembro
conducto y se lleva hacia atrás hasta el mencionado dispositivo
reactor de membrana. Los gases de combustión que se suministran al
ciclo de la turbina de vapor normalmente comprenden una cierta
cantidad de vapor de agua. Con el fin de evitar que la cantidad de
agua aumente en el ciclo de la turbina de vapor, algo de agua se
drena, por ello, adecuadamente. Al menos una parte de esta agua se
puede conducir hacia atrás hasta el dispositivo reactor de membrana
para optimizar las condiciones en el mismo.
De acuerdo con una forma ventajosa adicional de
realizar el procedimiento, la mencionada mezcla de gas se comprime
con ayuda de un compresor antes de que sea suministrada al
dispositivo reactor de membrana. Se obtiene una presión adecuada,
por ello, en la mezcla de gas.
De acuerdo aún con una forma ventajosa de
realizar el procedimiento, el mencionado compresor se hace funcionar
mediante la mencionada primera y/o segunda turbina. Esto constituye
una forma eficaz de hacer funcionar el compresor. Las diferentes
turbinas pueden tener un eje común de rotación, pero esto no es
necesario. De acuerdo con una forma particularmente ventajosa de
realizar el procedimiento, el mencionado compresor y la mencionada
primera turbina constituyen juntas una disposición convencional de
turbina de gas, con una parte compresor y una parte turbina.
De acuerdo con una forma ventajosa adicional de
realizar el procedimiento, se obtiene energía eléctrica a partir
del dispositivo reactor de membrana. Esto constituye un uso óptimo
de la energía que se produce en el dispositivo reactor de
membrana.
De acuerdo con una forma ventajosa adicional de
realizar el procedimiento, el dispositivo filtro de membrana
comprende tanto material MCM como un material célula energética, en
el cual el mencionado material célula energética se usa para obtener
la mencionada energía eléctrica.
Como se ha mencionado en lo que antecede, un
propósito de la invención es conseguir una planta de combustión.
Esta planta de combustión comprende: una primera turbina de gas, una
segunda turbina, un dispositivo reactor de membrana que comprende
un dispositivo filtro de membrana para separar oxígeno de una mezcla
de gas y un espacio de combustión para la combustión de un
combustible, primer medio conducto dispuesto para conducir una
mezcla de gas que contiene oxígeno hasta el mencionado dispositivo
reactor de membrana, en el que está dispuesto el dispositivo
reactor de membrana de tal forma que la mencionada mezcla de gas
experimenta una separación en el dispositivo filtro de membrana,
tal que al menos algo de oxígeno se separa de la mezcla de gas tal
que se obtiene un gas desprovisto de oxígeno, y tal que al menos una
parte del mencionado oxígeno que se ha separado de la mezcla de gas
se usa en la mencionada combustión en el espacio de combustión, en
el que está dispuesto el dispositivo reactor de membrana tal que la
mencionada mezcla de gas se calienta con la ayuda de calor generado
por medio de la mencionada combustión en el espacio de combustión,
un segundo medio conducto dispuesto para conducir al menos una
parte del mencionado gas calentado desprovisto de oxígeno, que no
ha experimentado un proceso de combustión, hasta la mencionada
primera turbina de gas para hacer funcionar la misma, y tercer
medio conducto dispuesto para conducir al menos una parte de los
gases de combustión que emanan de la mencionada combustión hasta la
mencionada segunda turbina para hacer funcionar la misma.
Con una planta de combustión como esta se
consiguen las ventajas correspondientes, como aquellas que se han
descrito en lo que antecede en relación con el procedimiento. El
dispositivo también puede comprender componentes adicionales que se
describirán en lo que sigue en relación con la descripción de
realizaciones de la invención.
Ahora se explicará la presente invención con
ayuda de ejemplos de formas de realizar el procedimiento y
realizaciones del dispositivo, y haciendo referencia a los dibujos
anexados.
La figura 1 muestra esquemáticamente un ejemplo
de una planta de combustión de acuerdo con la invención.
La figura 2 muestra, también esquemáticamente,
una realización alternativa de una planta de combustión de acuerdo
con la invención.
Ahora, en primer lugar, se describirá la
invención haciendo referencia a las figuras 1 y 2. Estas figuras
muestran realizaciones de la planta de combustión de acuerdo con la
invención.
El procedimiento, de acuerdo con la invención, no
describirá el funcionamiento de las plantas de acuerdo con estas
figuras.
La figura 1 muestra que una mezcla de gas,
preferentemente aire, se conduce vía una entrada 10 hasta un
compresor 12. La mezcla comprimida de gas se conduce además vía un
primer medio 14 conducto hasta un dispositivo 16 reactor de
membrana. El dispositivo 16 reactor de membrana comprende un
dispositivo 18 filtro de membrana para separar oxígeno de una
mezcla de gas, y un espacio 19 de combustión para la combustión de
un combustible. El combustible se suministra vía una entrada 8 de
combustible. El combustible puede consistir, por ejemplo, en gas
natural o en otro combustible fósil. Como se ha señalado en lo que
antecede, no es necesario que el dispositivo 18 filtro de membrana
y que el espacio 19 de combustión estén dispuestos dentro de una y
de la misma carcasa. Sin embargo, de acuerdo con una realización
preferida, el dispositivo 16 reactor de membrana constituye una
unidad que comprende el mencionado dispositivo 18 filtro de membrana
y el espacio 19 de combustión. La mezcla de gas que se suministra
al dispositivo 16 reactor de membrana se calienta con ayuda de calor
que se forma por medio de la combustión en el espacio 19 de
combustión. La calefacción se realiza a una temperatura de trabajo
que es adecuada para el dispositivo 18 filtro de membrana. Esta
temperatura puede estar, por ejemplo, entre 800°C y 1200°C.
La mezcla de gas que comprende oxígeno
experimenta una separación en el dispositivo 18 filtro de membrana.
Al menos algo de oxígeno se separa de este modo de la mezcla de gas
y se transfiere de un primer espacio 20 a un segundo espacio 22. El
gas desprovisto de oxígeno que permanece en el primer espacio 20, se
conduce vía un medio 24 segundo conducto hasta una primera turbina
26 de gas para hacer funcionar la misma. Al menos una parte del
oxígeno que se ha separado de la mezcla de gas y que se ha
transferido al segundo espacio 22 se usa en la combustión en el
espacio 19 de combustión. Al menos una parte de los gases de
combustión que emanan de la combustión se conduce vía un medio 32
tercer conducto hasta una segunda turbina 34 para hacer funcionar
la misma. La segunda turbina 34 puede ser adecuadamente una turbina
que esté adaptada para que funcione mediante los mencionados gases
de combustión. El gas procedente de la primera turbina 26 de gas se
conduce vía un medio 28 cuarto conducto hasta un intercambiador 30
de calor y, además, desde el intercambiador 30 de calor hasta una
salida 31. Como este gas, preferiblemente, únicamente consta de aire
que no ha experimentado una combustión, este gas se puede emitir al
medio ambiente sin ocasionar ningún daño. El gas procedente de la
segunda turbina 34 se conduce vía un medio 36 quinto conducto hasta
el mencionado intercambiador 30 de calor. El calor restante en los
gases procedente de las dos turbinas 26, 34 se usa, de este modo,
para calentar en el intercambiador 30 de calor.
El intercambiador 30 de calor se usa,
preferiblemente, para calentar un medio, por ejemplo agua, que fluye
a través de un miembro 48 conducto para hacer funcionar una turbina
50 de vapor. La turbina de vapor se puede usar, por ejemplo, para
hacer funcionar un generador 56 para producir energía eléctrica. El
miembro 48 conducto en el ciclo de la turbina de vapor pasa,
adecuadamente, a través de un intercambiador 52 de calor con cuya
ayuda, se puede extraer energía útil y adicional del medio que fluye
en el miembro 48 conducto. Además, este intercambiador 52 de calor
puede condensar el medio que fluye en el miembro 48 conducto. El
ciclo de la turbina de vapor también puede comprender una bomba 51
para bombear el medio en el miembro 48 conducto.
En la realización mostrada, el compresor 12 se
acciona por las turbinas primera 26 y segunda 34, que tienen un eje
de rotación común. Las turbinas primera 26 y segunda 34 también se
pueden usar para accionar un generador 54 para producir energía
eléctrica. La segunda turbina 34, por supuesto, no tiene que estar
dispuesta en el mismo eje de rotación que la primera turbina 26. La
segunda turbina 34 puede, en este caso, estar dispuesta para
accionar un generador diferente para producir energía eléctrica. Sin
embargo, de acuerdo con una realización ventajosa, el compresor 12
y las turbina 26 de gas primera tienen un eje común de rotación. La
turbina 26 de gas primera y el compresor 12 pueden, de este modo,
constituir juntos una disposición de turbina convencional, que esté
adaptada para que funcione mediante aire.
Los gases procedentes de la segunda turbina 34
que hayan sido conducidos vía el medio 36 quinto conducto a través
del intercambiador 30 de calor, son conducidos, además, vía un
intercambiador 38 de calor. El gas de combustión que emana de la
combustión en el dispositivo 16 reactor de membrana y que ha sido
conducido vía la segunda turbina 34 y el medio 36 quinto conducto
comprende principalmente bióxido de carbono y vapor de agua. En el
intercambiador 38 de calor, preferiblemente, este gas se enfría de
forma que el agua se condensa. El agua puede, posiblemente, ser
drenada vía un miembro 40 de descarga. Tras la condensación del
agua, el gas restante comprende, principalmente, bióxido de
carbono. Este hecho permite que el dióxido de carbono se drene vía
el miembro 42 de descarga. Se puede, de este modo, disponer del
dióxido de carbono para uso o almacenamiento y, por lo tanto, no
necesita ser descargado al medio ambiente. Según una forma preferida
de realizar el procedimiento según la invención, esencialmente todo
el dióxido de carbono se drena vía el miembro 42 de descarga. Algo
de agua puede, posiblemente, ser conducida de nuevo al dispositivo
16 reactor de membrana vía un medio 46 sexto conducto. El agua se
puede usar para evitar la formación de coque en las superficies de
la membrana. De acuerdo con otra realización alternativa, además
una cierta cantidad de dióxido de carbono se puede conducir de
nuevo al dispositivo 16 reactor de membrana vía el medio 46 sexto
conducto para actuar como un gas de barrido en el dispositivo 18
filtro de membrana. En el caso de que únicamente se conduzca
principalmente agua de nuevo al dispositivo 16 reactor de membrana,
se puede producir internamente un gas de barrido para el dispositivo
18 filtro de membrana en el dispositivo 16 reactor de membrana.
La planta de combustión también puede comprender
un dispositivo 58 para obtener energía eléctrica a partir de
dispositivo 16 reactor de membrana el dispositivo 18 filtro de
membrana que forma parte del dispositivo 16 reactor de membrana
puede ser del tipo donde se produce una diferencia de potencial
eléctrico entre diferentes posiciones en el dispositivo 18 filtro
de membrana. Esta diferencia en el potencial eléctrico se puede usar
para extraer energía eléctrica. La diferencia de potencial se puede
conseguir, por ejemplo, ya que el dispositivo filtro de membrana,
además de un material MCM, también comprende un material célula
energética.
La figura 2 ilustra una realización alternativa
al procedimiento y a la planta de combustión descritos en lo que
antecede. Las partes correspondientes con la figura 1, tienen los
mismos números de referencia que en la figura 2. Para estas partes,
se hace referencia a la descripción de lo que antecede en relación
con la figura 1. La realización según la figura 2 difiere de la
realización según la figura uno, principalmente en que gases de
combustión procedentes del dispositivo 16 reactor de membrana no se
conducen hasta una turbina diferente, sino que son conducidos vía
el medio 32 tercer conducto hasta el miembro 48 conducto, mencionado
en lo que antecede, que forma parte del ciclo de la turbina de
vapor. Los gases de combustión procedentes del dispositivo 16
reactor de membrana contribuyen, de esta forma, a la operación de la
turbina 50 de vapor. Los gases de combustión que, vía el medio 32
tercer conducto, se conducen hasta el miembro 48 conducto comprenden
principalmente, dióxido de carbono y vapor de agua. Tras pasar a
través de la turbina 50 de vapor, el vapor de agua se condensa
adecuadamente en agua con la ayuda de un intercambiador 52 de calor.
El dióxido de carbono se puede drenar entonces, vía un miembro 53
de descarga para usarse o para almacenarse. Vía el miembro 55 de
descarga, el agua se puede drenar del miembro 48 conducto. Este agua
puede, de una forma similar en relación con la figura 1, ser
conducida posiblemente de nuevo al dispositivo 16 reactor de
membrana. Posiblemente, algo de agua se pueda conducir hasta el
medio 32 tercer conducto vía un medio 57 séptimo conducto.
Es de destacar que las figuras únicamente
ilustran la planta esquemáticamente. La planta puede comprender,
por ello, otras partes distintas a las mostradas en las figuras. Por
ejemplo, se pueden usar intercambiadores adicionales de calor para
controlar la temperatura y para extraer calor.
El procedimiento y la planta según la presente
invención tienen algunas ventajas. La combustión tiene lugar, de
esta forma, esencial o completamente en ausencia de nitrógeno. Esto
significa que no se forman, o se descargan desde la planta, óxidos
de nitrógenos indeseados. Como los gases de combustión comprenden
principalmente bióxido de carbono y agua, y como el agua se puede
condensar, el dióxido de carbono restante se puede separar del agua
y disponer del mismo. Como el dispositivo 16 reactor de membrana
hace funcionar tanto una turbina primera 26 como una segunda 34,
50, la energía procedente del dispositivo 16 reactor de membrana se
usa de una forma eficaz. El dispositivo 16 reactor de membrana
puede comprender combustión catalítica así como no catalítica.
Además, se puede producir directamente energía eléctrica desde el
dispositivo 16 reactor de membrana. Es de destacar que la energía
eléctrica que se produce normalmente por ello, tiene la forma de una
corriente continua. El dispositivo 58 para extraer energía
eléctrica, posiblemente, puede comprender, por ello, un convertidor
que convierte la corriente continua en una corriente alterna. De
este modo, con la invención se obtienen un procedimiento y una
planta de combustión respetuosos con el medio ambiente con un alto
rendimiento.
La invención no se limita a las realizaciones
descritas sino que se puede variar y modificar dentro del ámbito de
las siguientes reivindicaciones.
Claims (15)
1. Un procedimiento de operación de una planta de
combustión que comprende al menos una primera turbina (26) de gas,
una segunda turbina (34, 50) y un dispositivo (16) reactor de
membrana, que comprende un dispositivo (18) filtro de membrana para
separar oxígeno de una mezcla de gas, y un espacio (19) de
combustión para la combustión de un combustible, procedimiento que
comprende:
que una mezcla de gas que contiene oxígeno se
suministra al dispositivo (16) reactor de membrana y aquí
experimenta una separación en el dispositivo (18) filtro de
membrana, tal que al menos algo de oxígeno se separa de la mezcla de
gas de tal forma que se obtiene un gas desprovisto de oxígeno,
que al menos una parte del mencionado oxígeno que
se ha separado de la mezcla de gas se usa en la mencionada
combustión en el espacio (19) de combustión,
que la mencionada mezcla de gas se calienta con
la ayuda de calor generado por medio de la mencionada combustión en
el espacio (19) de combustión,
que al menos una parte del mencionado gas
calentado desprovisto de oxígeno que no ha experimentado un proceso
de combustión, se usa para hacer funcionar la mencionada primera
turbina (26) de gas, y
que al menos una parte de los gases de combustión
que emanan de la mencionada combustión, se usan para hacer funcionar
la mencionada segunda turbina (34, 50).
2. Un procedimiento según la reivindicación 1, en
el cual la mencionada mezcla de gas que se suministra al dispositivo
(16) reactor de membrana consta de aire.
3. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el cual el gas que abandonaba la
mencionada primera turbina (26) de gas se usa para calentar en un
intercambiador (30) de calor.
4. Un procedimiento según la reivindicación 3, en
el cual el mencionado intercambiador (30) de calor se usa para
evaporar un medio que acciona una turbina (50) de vapor.
5. Un procedimiento según las reivindicaciones 3
ó 4, en el cual, también el gas que deja la segunda turbina se usa
para calentar en el mencionado intercambiador (30) de calor.
6. Un procedimiento según la reivindicación 5, el
cual el mencionado gas que deja la segunda turbina (34) comprende
al menos las sustancias CO_{2} y H_{2}O y en la cual, tras pasar
a través del mencionado intercambiador (30) de calor, al menos algo
de H_{2}O se conduce de nuevo hasta el dispositivo (16) reactor de
membrana.
7. Un procedimiento según las reivindicaciones 5
ó 6, el cual el mencionado gas que deja la segunda turbina (34)
comprende al menos las sustancias CO_{2} y H_{2}O, en la cual,
tras pasar a través del mencionado intercambiador de calor, se
dispone del CO_{2} completa o parcialmente para su uso o
almacenamiento.
8. Un procedimiento según la reivindicación 4, el
cual la mencionada segunda turbina (50) constituye la mencionada
turbina (50) de vapor, en la cual la turbina (50) de vapor se
alimenta con un medio de turbina que es conducido en un miembro
(48) conducto y calentado en el mencionado intercambiador (30) de
calor, y en el cual al menos una parte de los mencionados gases de
combustión procedentes de la combustión en el dispositivo (16)
reactor de membrana es conducida al mencionado miembro (18)
conducto para ser suministrada a la mencionada turbina (50) de
vapor.
9. Un procedimiento según la reivindicación 8, en
el cual los mencionados gases de combustión que se conducen hasta
el mencionado miembro (48) conducto comprenden al menos las
sustancias CO_{2} y H_{2}O, en el cual, tras pasar a través de
la mencionada turbina (50) de vapor, al menos algo de CO_{2} se
drena del miembro (48) conducto para uso o almacenamiento.
10. Un procedimiento según las reivindicaciones 8
ó 9, en el cual tras pasar a través de la mencionada turbina (50)
de vapor, al menos algo de H_{2}O se drena del miembro (48)
conducto y se lleva hacia atrás hasta el mencionado dispositivo (16)
reactor de membrana.
11. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el cual la mencionada mezcla de
gas se comprime con ayuda de un compresor (12) antes de que sea
suministrada al dispositivo (16) reactor de membrana.
12. Un procedimiento según la reivindicación 11,
en el cual el mencionado compresor (12) se hace funcionar mediante
la mencionada turbina primera (26) y/o segunda (34, 50).
13. Un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el cual se obtiene energía
eléctrica a partir del dispositivo (16) reactor de membrana.
14. Un procedimiento según la reivindicación 13,
en el cual el dispositivo (18) filtro de membrana comprende tanto
material MCM como un material célula energética, y en el cual el
mencionado material célula energética se usa para obtener la
mencionada energía eléctrica.
15. Una planta de combustión que comprende: una
primera turbina (26) de gas, una segunda turbina (34, 50), un
dispositivo (16) reactor de membrana, que comprende un dispositivo
(18) filtro de membrana para separar oxígeno de una mezcla de gas,
y un espacio (19) de combustión para la combustión de un
combustible, primer medio (14) conducto dispuesto para conducir una
mezcla de gas que contiene oxígeno hasta el mencionado dispositivo
(16) reactor de membrana, en el que está dispuesto el dispositivo
(16) reactor de membrana de tal forma que la mencionada mezcla de
gas experimenta una separación en el dispositivo (18) filtro de
membrana, tal que al menos algo de oxígeno se separa de la mezcla
de gas tal que se obtiene un gas desprovisto de oxígeno, y tal que
al menos una parte del mencionado oxígeno que se ha separado de la
mezcla de gas se usa en la mencionada combustión en el espacio (19)
de combustión, en el que está dispuesto el dispositivo reactor (16)
de membrana tal que la mencionada mezcla de gas se calienta con la
ayuda de calor generado por medio de la mencionada combustión en el
espacio (19) de combustión, un segundo medio (24) conducto dispuesto
para conducir al menos una parte del mencionado gas calentado
desprovisto de oxígeno, que no ha experimentado un proceso de
combustión, hasta la mencionada primera turbina (26) de gas para
hacer funcionar la misma, y tercer medio (32) conducto dispuesto
para conducir al menos una parte de los gases de combustión que
emanan de la mencionada combustión hasta la mencionada segunda
turbina (34, 50) para hacer funcionar la misma.
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